JPH0130098B2 - - Google Patents

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JPH0130098B2
JPH0130098B2 JP55079593A JP7959380A JPH0130098B2 JP H0130098 B2 JPH0130098 B2 JP H0130098B2 JP 55079593 A JP55079593 A JP 55079593A JP 7959380 A JP7959380 A JP 7959380A JP H0130098 B2 JPH0130098 B2 JP H0130098B2
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engine
cylinder
kinetic energy
during
speed
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Eru Reido Deiuitsuto
Oo Teiraa Denisu
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Cummins Engine Co Inc
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Publication date
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Publication of JPH0130098B2 publication Critical patent/JPH0130098B2/ja
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    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
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    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、多気筒式内燃エンジンの各シリン
ダの出力及び圧縮バランス等のエンジン性能の診
断方法に関する。
（従来技術及び発明が解決しようとする問題点） 多気筒式内燃エンジンがその規定の動力を出力
しなくなつたとき、例えば合計６気筒のうち１つ
または２つの気筒の劣化または故障が生じると、
しばしば問題が生ずる。デイーゼルエンジンの場
合、各シリンダの欠陥（性能不良）は、例えば、
燃料インジエクタの故障による燃料不足、或いは
摩耗したピストンリングまたはバルブが原因とな
つて生じる圧縮不足がある。故障の現象はエンジ
ンの動作が円滑でなくなつたりシリンダの圧縮不
十分となつて現れる。
もちろん劣化したシリンダを直ちに判別できる
ことが望ましいが、これを判別するには高度な技
能と経験を有する熟練工と判別のための時間およ
び特別の技術を必要とする。しかし、この解決法
（判断手法）は、多量のエンジンを試験しなけれ
ばならないエンジンメーカまたは熟練工が少ない
サービス工場にとつて満足できるものでない。ま
た、熱電対、振動検出器およびシリンダ圧力セン
サーのような装置は研究室では使用できるけれど
も概してこれ以外の場所では好ましくなく入手困
難である。
米国特許第4064747号は、エンジンが全動作サ
イクルを実行しているときエンジンのクランク軸
の瞬間速度を測定することによつて劣化したまた
は欠陥のあるシリンダがあるか否か、又欠陥があ
る場合にはどのシリンダが欠陥なのかを判別する
方法について記載している。この方法は、瞬間の
エンジン速度を時間に対してプロツトすると、周
期的に変化するカーブが得られ、欠陥のあるシリ
ンダの膨張（爆発）行程中に得られる最大速度は
通常正常なシリンダで得られる速度ほどに高くな
いことにより判別している。
しかし、この方法は、作動部材の質量、厳密に
は必ずしも正確でない速度測定、シリンダの圧縮
仕事の変動などの他のエンジンパラメータの変化
を考慮していないので、必ずしも正確であるとは
言えない。
この発明の一般的な目的は、上記の欠点を解消
し、複数のシリンダ間の出力および圧縮のバラン
スを試験する改良された診断システムを提供する
ことにある。
（問題を解決するための手段） この発明によれば、瞬間のエンジン速度を測定
し、エンジンが加速運転の間の、少なくともエン
ジンが１回の全エンジンサイクル（四サイクルエ
ンジンの場合は二回転で一回の全エンジンサイク
ルをおこなう；一作動サイクルという）を終了す
る間の瞬間毎の測定されたエンジン速度を記憶す
る。そして、ほぼ同じエンジン速度においてエン
ジンを減速運転してその間の、少なくとも１回の
作動サイクルにわたる瞬間毎の測定されたエンジ
ン速度を記憶する。そして、上記加速運転の間お
よび減速運転の間の、複数の各点火間にわたる運
動エネルギ（上記測定し記憶している瞬間速度を
二乗して求める）を表す関数の変化を計算する。
そして、各点火間の、２つの関数（加速運転中と
減速運転中の運動エネルギを表す関数）の変化の
差を減算することによつて、各シリンダの仕事量
を算出する。
（作用） このシステムは、上述のように、エンジンの各
シリンダの加速運転中と減速運転中の運動エネル
ギを検知し、これらを減算処理することにより、
各シリンダの仕事量を算出することができる。
この結果、エンジンの性能を診断することがで
きる。即ち、上記得られた各シリンダ毎の仕事量
を比較すれば、エンジンの各シリンダの出力バラ
ンス（エンジン出力は燃料の供給の良否と圧縮の
良否で定まるため、燃料が各シリンダに良好に供
給されていることが確認されると、この出力バラ
ンスが「圧縮バランス」とも言える）を判定で
き、劣化したシリンダを判別（特定）することが
できる。
特に、本発明にかかる方法によれば、減速運転
中の運動エネルギを加速運転中の運動エネルギか
ら減算することによつて、誤差をもたらす多数の
フアクタ（即ち、作動部材の質量、厳密には必ず
しも正確でない速度測定、シリンダの圧縮動作の
変動などの他のエンジンパラメータの変化）を除
去でき、正確な（誤差のない）測定結果が得られ
る。これは、同一の条件下（同一の構成、環境、
および、速度範囲）において測定がなされるた
め、誤差をもたらす多数のフアクタが相殺される
ためである。
（実施例） この発明の上記の目的およびその他の目的と特
長は、添付図面を参照して説明される以下の詳細
な説明から一層明瞭に理解できる。
第１図において図示されるエンジン１０は出願
人会社製のNHシリーズ６気筒直列型往復ピスト
ンデイーゼルエンジンのような標準的な内燃エン
ジンである。このエンジンは、ヘツド１１、ブロ
ツク１２、オイルパン１３および上記ヘツド１１
の上側に固定されたロツカーハウジング１４を有
する。エンジンのピストン（図示しない）はシリ
ンダ（図示しない）内を往復し、クランク軸６６
を回転させるように連結されている。クランク軸
上のフライホイールは該フライホイール上に形成
されたリングギア６２を有し、ギア６２の歯６３
はエンジンを始動するためのスターターモータ
（図示しない）に選択的（必要時）に係合するよ
う構成されている。
得られる可燃性の混合体の圧縮点火を行わせる
に十分な程度にシリンダ内の導入空気を圧縮した
後、複数個のインジエクタ１６は燃料をシリンダ
に計量分注入する。インジエクタ１６は米国特許
第3351288号に示された特徴を有するユニツトタ
イプのものでもよい。共通の燃料供給流路１７
は、インジエクタ１６を、米国特許第3139875号
に示された特徴を有する燃料ポンプ１８を含む燃
料供給システムに接続している。燃料ポンプ１８
はリザーバあるいは燃料タンク２１から燃料１９
を取出し、燃料供給流路１７に供給するところの
燃料の調整された燃料源を形成する。スロツトル
は燃料ポンプ１８に組込まれ、エンジン運転者が
燃料圧力を調整できるようにしている。燃料をイ
ンジエクタ１６からタンク２１に供給するところ
の燃料もどり燃料供給流路２４が、各個のインジ
エクタ１６に接続されている。
エンジン１０は、通常の構造のターボチヤージ
ヤ装置３１を有する。このターボチヤージヤ装置
３１は、排気マニホルド３２からのエンジン排気
を受けるタービンを有し、さらにダクト３３によ
つてエンジンの吸気マニホルドに接続されたコン
プレツサを有する。
エンジン１０は、さらにエンジンの各種の作動
部材を介してオイルのような潤滑剤を循環させる
潤滑系を有する。潤滑系は潤滑ポンプ４１を有
し、この潤滑ポンプ４１はクランクケース内のリ
ザーバおよびオイルパン１３にある槽から潤滑剤
を取出し潤滑剤をブロツク内の潤滑剤ライフル系
路（潤滑剤流路）４２に圧送する。ライフル系路
４２内の圧力はバイバス系路４４内に接続した圧
力調節弁４３によつて調整され、上記バイバス系
路４４は潤滑ポンプ４１の吸入側に接続されてい
る。
第１図において点線で示し参照数字６７，６９
で表す多数の機械的カツプリングは、クランク軸
６６を燃料ポンプ１８および潤滑ポンプ４１に
各々連結する。
この発明にかかる診断システムは、好ましくは
ロツカーハウジング１４内に載置されエンジンの
作動部材の動作に反応するサイクルイベントマー
カ（以下CEMという）センサー５１を有する。
例えば、CEMセンサー５１は、No.１シリンダの
インジエクタ１６を駆動するロツカーアームに隣
接して配置される磁気コイル近接型のものであつ
てもよい。このロツカーアームはNo.１シリンダの
ピストンの圧縮行程の終了近くに生ずる燃料の噴
射する間動揺し、この動作によつてCEMセンサ
ーはNo.１シリンダのピストンの圧縮行程の終了近
くにCEM信号を発生する。このCEM信号は、以
下に説明するようにエンジンのパラメータ（特
性）をテストするのに利用する。
本診断システムは、さらにエンジン１０のリン
グギア６２の外周面に隣接して載置したエンジン
速度センサー６１を有する。
第３図は、エンジン速度センサー６１の一例と
これに接続する回路を示す。エンジン速度センサ
ー６１は２個の距離を隔てて配設された素子９
１，９２を有する。この実施例において、上記素
子は磁気抵抗が可変する磁気センサーを用いてい
る。時計方向に回転する歯６３は、まず素子９１
に信号を発生させ、次に素子９２に信号を発生さ
せる。オシレーター（発振器）９３は素子からの
鋸歯状パルスによつて制御されるカウンタ９４に
接続されている。素子９１からのパルスは回路９
６，９７を介してカウンタ９４をスタートさせ、
素子９２からのパルスは回路９８，９７を介して
カウンタをストツプさせる。各歯に関連した計数
値はプロセツサ２９によつて読取られる。各計数
値は１個の歯が１方の素子９１から他方の素子９
２に移動する時間（△ｔ）に正比例し、リングギ
アの瞬時の速度に反比例する。読取つた計数値
を、エンジン回転数RPMに変換するためのフア
クタは、素子９１，９２間の距離Ｘおよび素子９
１，９２の半径Ｒのような物理的な測定値にもと
づいてプロセツサ２９にデータとして供給される
か、またはCEMセンサー５１からの信号にもと
づいてプロセツサ内で計算される。CEMセンサ
ー５１は、回路９６〜９８と同様な回路９５を介
してCEMカウンタ／レジスター１００に接続さ
れる。オシレーター９３からのクロツク信号はド
ライバー９９を介してレジスター１００に伝達さ
れ、レジスター１００の出力はプロセツサ２９の
データラインに伝達される。
診断システムは、さらに燃料供給流路１７に接
続した燃料圧力センサー２７、ライフル系路４２
に接続した潤滑圧力センサー４６および吸気マニ
ホルドに接続した吸気マニホルド空気圧力センサ
ー３４を有する。CEMセンサー５１、エンジン
速度センサー６１はカウンタ／タイマモジユール
２２に接続され、各センサー２７，３４，４６は
Ａ／Ｄコンバータ２３に接続され、各部品２２，
２３はプロセツサ２９の制御ラインおよびデータ
ラインに接続されている。プロセツサ２９は、例
えば視覚的表示または永久的な記録を行う読取装
置７０に出力を与える出力部を備える。
第２図は本実施例にかかる診断システムをより
詳細に示している。プロセツサ２９は、プロセシ
ングユニツト７１とメモリユニツト７２を備えて
いる。オペレータインターフエイス７３は、プロ
セシングユニツト７１に接続されてオペレータが
情報および命令を入力できる手段を形成し、また
上記読取装置７０を備えている。プロセツサ２９
は、インジエクタプランジヤー７６のロツカーア
ーム７４の動きを検知する位置に載置したCEM
センサー５１からの信号を利用する。圧縮行程の
終了近くの燃料注入行程において、カム７７はイ
ンジエクタプランジヤー７６を駆動する。
部品２２，２３，２９，７３は、例えばテキサ
スインスツルメント社製の標準的な製品で構成さ
れている。
第４図は６気筒４サイクルエンジンの場合にお
けるクランク軸およびリングギアの角度とエンジ
ントルク出力の変動の関係を示す。図示のごと
く、エンジンが一定の速度で回転しているとき、
トルクは平均吸収トルクを中心として変化する。
クランク軸は、１回のエンジンサイクル（作動サ
イクル）に対して２回転し、各シリンダの点火間
隔は120゜である。シリンダの燃焼行程（爆発行
程）の間にトルクピーク値１０１〜１０６が発生
し、比較的低いピーク値１０４は燃料の不足して
いるシリンダの特性を示している。No.１シリンダ
の燃焼行程の開始点である上死点（top dead
center以下TDCともいう）を数字１０８で示す。
シリンダの点火間隔を等間隔の40゜区間に区画す
ると、正常なシリンダでは全仕事量の52％は第１
の区間にて発生し全仕事量の87％は第２の区画の
終了までに発生する。燃料供給不良のために馬力
の弱いシリンダの場合には、例えば全仕事量の約
40％を第１の区間で発生し、全仕事量の80％を第
２の区間の終了までに発生する。
第５図は１回の点火間隔におけるトルク出力と
一の気筒のクランク角度との関係を示し、またエ
ンジンの加速時と減速時のトルク出力の差異を示
す。
加速時の曲線１１１はスロツトルを全開しエン
ジンが自由に加速している間において動力を発生
している状態を示し、燃料の燃焼による高いピー
クトルクを示す。減速の間、動力が発生されない
ので、減速時の曲線１１２のピーク値は、燃料が
燃焼することのないシリンダ内の空気の膨張によ
つて生ずる。曲線１１２特にその肩部１１３は、
点火状態にある次のシリンダの圧縮および慣性に
よるトルクの効果を示す。もちろん、曲線１１２
で示される圧縮およびトルクの影響がシリンダ毎
に異なると、曲線１１１もそれにあわせて変化
し、出力（動力）バランスの表示は信頼できない
ものとなる。加速度のみに依存する従来技術のシ
ステムはこれらのフアクタを取り除くことはでき
ない。
減速曲線１１２を加速曲線１１１から減算する
と、燃料の燃焼によつて生ずる１個のシリンダに
対するトルクすなわち出力（動力）が導かれ、１
サイクルにおける正常なシリンダのトルクを第６
図の曲線１１４で示す。
本発明のように、加速曲線から減速曲線を減算
し曲線１１４を作ることによつて、リングギアの
故障による明らかな速度の変化、エンジンの回転
部材の慣性の変化、シリンダの圧縮動作の変動お
よびエンジンの摩擦のような多数の測定値に誤差
を及ぼすフアクタ（要素）が排除できる。
曲線１１４の積分（曲線１１４を積分したも
の）は、１回の点火間隔において１個のシリンダ
が発生する仕事量を表す。曲線１１６は同様の曲
線であるが欠陥のあるシリンダを示し、劣化した
シリンダの小さい仕事出力（仕事量）即ちトルク
を示している。
この発明によつて、各シリンダが発生する仕事
量を判定し、各シリンダ間の出力バランスを判定
するため、エンジン速度センサー６１からの速度
信号およびCEMセンサー５１からのCEM信号を
プロセツサ２９に伝達し、プロセツサ２９は、後
述するように第７図Ａ〜第７図Ｄに示したフロー
チヤートにしたがつて動作する。
ところで、具体的なフローチヤートを説明する
前に、本実施例のプロセツサ２９における具体的
処理の基本的な思想について少し詳細に説明す
る。
即ち、広義には、この発明は第３図に示す双極
センサー（二つの素子９１，９２を有するセンサ
ー）で構成される速度センサー６１を利用して瞬
時のエンジン速度を測定することを含有し、この
エンジンの速度測定は△ｔ即ちリングギアの１個
の歯６３が一方の素子９１から他方の素子９２へ
移動する時間（△ｔ）を換算して行う。リングギ
アの歯６３で測定される、CEM信号から次の
TDCまでの角距離と、隣接するTDC間の角距離
は、TDCの位置を特定することにより行われる
（例えば、TDCの位置の特定は、後述するよう
に、エンジンの一作動サイクルにおける各瞬間毎
の運動エネルギーの変化を時間に関してプロツト
して得られるその変化状態を判別する（正の零交
点を判別する）ことにより得られる）。所定の速
度から加速運転する間、所定時間間隔のデータ
は、エンジン動作の少なくとも一作動サイクルを
通じて得られる。各TDC位置から次のTDCに至
る運動エネルギー（KE）の変化を示す関数は、
２箇所のTDC位置での角速度（ω：ω2、ω1）を
２乗してその差を見い出すことによつて定まる。
減速運転の間においても同じように、上述と同じ
エンジン速度域で上述と同じような所定時間間隔
の測定を行えば、点火間隔における運動エネルギ
（KE）を表す関数が定まる。
各点火間隔において、減速運転中の運動エネル
ギーの変化の値を、加速運転中の運動エネルギー
の変化の値から減算する。また、上記加速中ある
いは減速中の運動エネルギーの変化は、次式の関
係で表され、これはエンジンの仕事量となる。即
ち、微小角dθにおける変動トルクの変化をＴ、
慣性モーメントをＩ、あるTDC位置とその次の
TDC位置でのリングギアの角速度をそれぞれω2、
ω1とすると、エンジンの仕事量は、 ∫〓2〓1Ｔ dθ＝１／2I（ω2 2−ω1 2）……(1) となる。
点火間隔中になされる仕事量は、診断中の点火
間隔に行われる出力行程のシリンダ内の燃料の燃
焼によつて著しく影響を受ける。各々のシリンダ
の仕事量を比較し且つランクづけすることにより
出力バランスを得ることができる。
いかなる瞬間の運動エネルギーも、クランク軸
６６およびリングギア６２の角速度の関数とな
る。無負荷のエンジンの試験、即ち動力計その他
の荷重によつて外部にトルクが吸収されない場
合、変動トルクＴは、以下の関数 Ｔ＝Iα ……(2) で示す如く、相関するエンジン加速度の変化によ
つて表される。但し、この式において、Ｉは慣性
モーメント、αは角加速度を表す。
ここに開示したエンジン速度測定法において、
エンジン速度センサー６１およびこれに関連した
回路は、１枚の歯が一方の素子９１から他方の素
子９２に移動するのに要する時間△ｔを測定す
る。以下の式のごとく、時間△ｔはリングギアの
角速度ωの逆関数となる。
ω＝K1／△ｔ ……(3) 但し、K1は上記素子９１と９２間の角距離
（角度）で定数である。
運動エネルギー「KE」は以下のごとくなる。
KE＝１／2Iω2 ……(4) 但し、Ｉはエンジンの慣性モーメントである。
このように、瞬間のエンジンの速度は、エンジ
ンの瞬間のトルク出力および運動エネルギーに関
係する。
次に、プロセツサ２９が上記基本的思想にもと
づいて、具体的には第７図Ａ〜第７図Ｄに示した
フローチヤートに示す如く動作する一連のプロセ
スについて説明する。
この第７図Ａ〜第７図Ｄに示すフローチヤート
はプロセツサによつて実行すべき各動作（以下の
ステツプ(a)〜（ｕ））の概略の流れを示す図であ
つて、完全なプログラムはこれらのフローチヤー
トおよび本説明から当該分野の熟練者によつて自
明となる。以下の説明は、この発明を実施するた
めのプログラムを作成するのにあたつて十分基礎
をなすものであり、以下の説明はこのシステムお
よびフローチヤートの理解をたすけひいては発明
の理解をたすけるものである。
以下の説明ではコンピユータ言語であるメタコ
ードを特定の概念（例えば、エンジンのシリンダ
数、ある距離等）を表す記号として定義して使用
している。
(a) 「ステツプ201」 まず、エンジンの診断開始にあたり、第７図
Ａの「ステツプ201」に示すように、オペレー
タは試験パラメータに関してプロセツサ２９へ
初期設定する。即ち、この試験パラメータに関
する初期設定とは、シリンダ数「NUMCYL」、
点火順序「FIRORD」、リングギア６２の歯
数、センサーの各素子９１と９２の距離（角
度）等に関して行われる。このような初期設定
は、予めメモリユニツト７２に、エンジン形式
毎にこれらの値を記憶させておき、自動的に初
期設定できるように構成しておいてもよい。ま
た、上記メモリユニツト７２へは、カセツトテ
ープやフロツピーデイスクのような公知の記憶
装置に、エンジンモデル番号で特定した上記
種々のデータを予め記憶させておいて、必要に
応じて選択的に取り出して供給してもよく、こ
の場合には、オペレータは試験に際してその都
度上記必要なデータを設定する必要がない。
(b) 「ステツプ202」 つぎの「ステツプ202」において、センサー
５１，６１からの信号（例えば、センサー５１
からの「CEM」信号即ちNo.１のシリンダを示
すシリンダマーカー「CEMRK」）が出力して
いるか否かチエツクするとともに必要に応じて
これらのセンサーを調整し、またオペレータに
対してエンジンの始動を命じる。
(c) 「ステツプ203」 続くステツプ203において、プロセツサ２９
は、少なくとも一作動サイクルを通じて、エン
ジン速度センサー６１からの、速度に関する信
号である「TIMINT」をバツフア記憶装置に
読み込んで記憶する。この「TIMINT」は、
速度センサー６１の二つのセンサー９１，９２
から読み取られる時間Δtである（即ち、通過
するリングギアの歯が二つのセンサーの間を通
過する通過時間Δtの値である。） (d) 「ステツプ204」 そして、つぎのステツプ204において、上記
「TIMINT」のデータを円滑（平滑）化する。
このステツプでは、一般的な手法に従つてデー
タを円滑にし編集し雑音を除去する。
(e) 「ステツプ205」 つぎの「ステツプ205」において、プロセツ
サ２９は、上述のステツプ203のデータによつ
て描かれる曲線の各零交点（PZX）を決定す
る。「PZX」は正方向の零交点を表し、１回の
エンジンサイクルにおける運動エネルギーを時
間に関してプロツトすると、トルクの吸収（負
のKE）が止まり、トルクを発生（正のKE）し
始める点は、曲線が負から正へ変化する際零点
と交わる点である。この各零交点（PZX）は、
実質的に圧縮が終了し膨張が開始する時の上死
点（TDC）、即ち燃焼工程に入る各ピストンの
上死点に対応するもので、それ故、各点火間隔
のTDCの位置は、KEの変化をプロツトし、正
方向の零交点を判別する（求める）ことによつ
て判断できる。上記各零交点（PZX）は、メ
モリユニツト７２内の（ARRAY）PZX位置
に記憶される。
このステツプ「205」において、△ω2で表さ
れる変数「DLTWSQ」は、或る角間隔におけ
る運動エネルギー「KE」の変化を表す関数で
ある。
(f) 「ステツプ206」 つづく「ステツプ206」において、CEMセン
サー５１で「CEM」信号即ちシリンダマーカ
ー「CEMRK」が発生し、この信号は点火順序
が第１番目のシリンダ（No.シリンダ）の上死点
に対応している。このステツプにおいて、上述
のステツプ205の一つの零交点（PZX）に関連
づけられる。これによつて、リングギアの歯と
センサー６１からの各信号は、各シリンダの上
死点と関連づけられる。
このステツプにおいて、「OFFSET」は、リ
ングギアの歯において測定される「CEMRK」
から次の「PZX」（即ち、TDC）への距離（角
距離）を意味する。
(g) 「ステツプ207」 「ステツプ207」において、プロセツサ２９
は受け取つた信号がエンジンの一作動サイクル
の燃焼工程（出力工程）の間において妥当な範
囲内にあるか否か基準となるものと比較チエツ
クする。
(h) 「ステツプ209」 もし、妥当な範囲内でないと判断すると、
「ステツプ209」に進み、ここで誤りのチエツク
もしくは試験の再実行のためのステツプ（ルー
チン）へ進むよう指示される。
(i) 「ステツプ210」 一方、妥当な範囲内であると判断すると、
「ステツプ210」に進み、ここで「PROBCAL」
が決定される。この「PROBCAL」を時間△
ｔで除算するとRPM（エンジン回転数）で、こ
の「PROBCAL」はＸ／2πR（ＸおよびＲにつ
いては第３図参照；このＸおよびＲの値はエン
ジンの形式に応じて「ステツプ201」でプロセ
ツサ２９に入力する）の関数である。
(j) 「ステツプ211」 「ステツプ211」において、閾値がオペレー
タによつてプロセツサ２９に入力（設定）され
る。この閾値は、加速中および減速中に速度セ
ンサー６１から読み取られプロセツサ２９に記
憶される瞬間速度のうちの最低速度（最低回転
数）である。
上記閾値については、例えば、600RPMから
2400RPMまでのエンジンの加速運転に関して、
出力バランス試験の場合にはデータは約
1000RPMの処で（から）収集されるので、又
上述したタイプのエンジンは１回の作動サイク
ル当たり約200RPMの割合で加速するので、デ
ータ収集を開始する瞬時の速度の閾値は約
800RPMに設定されることになる。続く減速運
転に関しては、エンジンは加速のときに比べよ
りゆつくり減速するので、約1000RPMの処で
データを蓄積するためには、瞬間速度の閾値は
約1050RPMに設定されることになる。
(k) 「ステツプ212」 この「ステツプ212」において、オペレータ
は、加速させるときの設定されている閾値
（RPM）をチエツクするとともに、オペレータ
は速やかにエンジンを加速させる。
(l) 「ステツプ213」〜「ステツプ215」 「ステツプ213」、「ステツプ214」、「ステツプ
215」において、プロセツサ２９は、プログラ
ムにもとづいて、エンジン加速中の少なくとも
一作動サイクルに渡つて上記Δtの値
（「TIMINT」）を得、そのデータを円滑化し、
エンジンの全てのシリンダの上死点（TDC）
の位置を特定する。上記処理は、二作動サイク
ルあるいはそれ以上に渡つておこなうことが好
ましい。
(m) 「ステツプ216」 「ステツプ216」において、プロセツサ２９
は一つの上死点から次の上死点までの仕事量
（KE）の変化を上述の(1)、(3)、(4)式を用いて計
算する。
(n) 「ステツプ217」 「ステツプ217」において、所望の回数の加
速がおこなわれたか否かチエツクされる。
もし、所望の回数に達していないときには、
プログラムによりプロセツサ２９は「ステツプ
212」の処理に戻る。
(o) 「ステツプ218」 一方、所望の回数に達していたときには、ス
テツプ218にゆき、ステツプ216の計算結果が記
憶（ストア）される。第７図Ｃのステツプ
「218」で、「ACCEL」値は、加速中の仕事量
を示す。
(p) 「ステツプ219」〜「ステツプ224」 「ステツプ219」から「ステツプ224」におい
て、エンジンを減速させて、上記「ステツプ
212」から「ステツプ218」までのエンジンが加
速中のときと同じような、類似した処理がおこ
なわれる。「ステツプ224」において、
「DECEL」値は、減速中の仕事量を示す。
(q) 「ステツプ225」 「ステツプ225」において、上記「ステツプ
218」と「ステツプ224」において記憶された計
算結果が取り出される。そして、各シリンダに
ついて、同じエンジン速度における、減速中の
仕事量の変化が加速中の仕事量の変化から減算
される。
この各シリンダに関する差の値は、加速中の
燃料の燃焼による正味の仕事（仕事量）を示
し、この正味の仕事は各シリンダの出力を示
す。
(r) 「ステツプ226」 「ステツプ226」において、各シリンダは上
記出力の値によつてランク付けされる。換言す
ると、プロセツサ２９は最も出力の大きいも
の、次に大きいものというように順次出力の大
きいものから順にシリンダをランク付けするこ
とになる。
(s) 「ステツプ227」 「ステツプ227」から「ステツプ229」は、他
のテストに関するもので、これらのステツプに
おいて、「ステツプ227」は各シリンダの圧縮工
程におけるデータを得るためのステツプであ
る。
「ステツプ228」において、各シリンダの圧
縮工程の間の仕事量を得る。
(t) 「ステツプ229」 「ステツプ229」において、各シリンダの圧
縮仕事量が平均値あるいは典型的な値（基準
値）と比較される。
(u) 「ステツプ230」 「ステツプ230」において、テストを繰り返
すかあるいは終了するか又は新しいエンジンに
関してテストするか選択される。
上記説明では、一連の動作を第７図Ａ〜Ｄに示
すフローチヤートにもとづいて、各ステツプに分
けて説明したが、このシステムの動作について
は、また、以下のごとく簡単に要約できる。瞬間
のエンジン速度データは、時間△ｔの形で蓄積
し、このデータはエンジン速度センサー６１およ
びカウンタタイマ９４から受信する。測定される
べきポイント数、△ｔ測定の数、並びに測定をし
なければならないエンジン速度の閾値のような他
のデータは、予めシステム内に入力される。これ
らの値は、CEM信号を受信するバツフア記憶装
置の「TIMINT」の位置に記憶される。このバ
ツフア記憶装置における「TIMINT」での位置
は、CEM信号と同時に発生する△ｔ値の位置を
示す指数となる。そして、加速および減速にそな
えてデータを蓄積し処理する。一般的な手法を使
用してバツフア記憶装置の「TIMINT」内のデ
ータが編集され円滑化される。瞬間運動エネルギ
が△t2値の逆数から計算される。プロセツサは、
CEM信号および零交点データを用いて、CEM信
号に続く次のシリンダの上死点を判定する。
CEM信号から次の正方向の零交点までの、リン
グギアの歯において、オフセツト値が計算され
る。エンジンの点火順位およびリングギアの歯の
総数から、プロセツサは、出力行程の間隔
（INTBPS）であるTDC間隔のリングギアの歯の
数を計算する。このように、CEMから各シリン
ダのTDCまでのギア歯の数は、計算される。プ
ロセツサは、PROBCAL変換フアクタを使用し
て、瞬間のエンジンRPMを計算する。
加速中のデータが累積された後、そのシリンダ
の各上死点間の時間的間隔の測定値を用いて、
TDCから次の運動エネルギの変化が計算される。
同様に、続く減速運転の後、減速中のTDC間の
運動エネルギの変化が計算される。上記
「OFFSET」（ステツプ「206」参照）および出力
工程の間隔「INTPBS」（ステツプ「207」参照）
のデータを利用して、運動エネルギの変化が、そ
れぞれの運動エネルギの変化に対応するシリンダ
または点火間隔に関連づけられる。各シリンダま
たは点火間隔における測定値を使用して、減速中
の運動エネルギの変化が加速中の運動エネルギの
変化から減算され、各シリンダの仕事量が計算さ
れる。各シリンダを比較するために上述の運転が
複数回行われ、この運転で得られた各シリンダの
仕事量は平均化され、各シリンダの上記平均値に
もとづいて等級（ランク）がつけられる。
１回の加速運転および１回の減速運転のみのデ
ータを累積するのでなく、多数回の加速運転がお
こなわれそのデータが平均化され、また、多数回
の減速運転がおこなわれそのデータが平均化され
る。
このシステムは、また圧縮バランスのみを判定
することもできる。プロセツサは、上述の場合と
同様に、「時間的間隔Δt」、「CEM信号」、
「OFFSET」および出力工程の間隔「INTBPS」
のフアクタを受け取りあるいは演算する。上述の
最低速度より低い閾値速度がプロセツサ内にセツ
トされる。速度が十分低く且つ燃料がカツトオフ
され低い速度に減速するとき、各シリンダ間の慣
性力の変動はガス圧力に比べ小さくなり、それ
故、TDC前の点火間隔の一区間、例えば、TDC
前40゜の区間にわたる運動エネルギの変化は、ガ
スに対する圧縮仕事量を示すこととなる。プロセ
ツサは、上述のように、このテストの間データを
受け取り、各点火間隔を多数の区間に区分し、各
区間における運動エネルギの変化を計算する。例
えば、各点火間隔（本実施例の場合、上述のよう
に120゜間隔）は３つの等しい40゜区間に区分する。
各シリンダ間の相対的な圧縮仕事量を判定するた
めに、上死点直前の区分におけるデータが比較さ
れランクづけされる。このランクづけにより、エ
ンジンの圧縮バランスを判定することができる。
即ち、圧縮が十分でないシリンダを判別すること
ができる。
上記の説明から、エンジンの各シリンダの健全
な状態を診断する新規かつ有用なシステムが提供
されることが明らかである。
このシステムはエンジンの運動エネルギを検知
することによつて出力バランスを判定し、劣化し
たシリンダを判別（特定）できる。この方法によ
れば、減速中のエネルギを加速中のエネルギから
減算することによつて、誤差をもたらす多数のフ
アクタを除去できる。このようにして各シリンダ
の仕事量が決定される。この方法は前述のごとく
簡単な方法で実施され、そのためには、まず点火
間隔において加速中および減速中の運動エネルギ
の変化を測定し、その差を算出することによつて
仕事量を決定することが好ましい。しかし、この
発明は、例えば、加速中及び減速中の各点火間隔
において多数の角位置での多数の読取り値を取り
出し、各角度での読取り値に相関し各角度での差
を算出し、その差から仕事量を計算する他のシス
テムを包含する程度に広いものである。このシス
テムは、さらに圧縮行程における上死点の直前の
各間隔の一区間にわたる運動エネルギの変化を測
定することによつて、圧縮バランスを判定するこ
とができる。
出力バランスまたは圧縮バランスを診断する場
合、各シリンダの上記各値は評価のためシステム
オペレータによつて作成されるか或いはプロセツ
サが自動的に各シリンダをランクつけするか、或
いはこの値を許容しうる基準値と比較してもよ
い。もちろん、運動エネルギの計算値にもとづい
て、他の計算または試験が実施されてもよい。
（発明の効果） 本発明にかかるエンジンの診断方法は、以下の
ような効果を有する。
即ち、上述のように、本発明では加速中と減速
中のエンジンの瞬間速度を検出しこれらの速度か
らそれぞれのエネルギを算出し前者から後者の値
を減算することによつてエンジンの性能を診断す
るため、エンジン速度の測定器の誤差あるいはエ
ンジンの各シリンダ間の回転部材の質量の差異に
起因する誤差等の誤差があつても、上記減速中と
加速中の測定値に同じ誤差が含まれることに起因
して、これらの誤差をもたらす多数のフアクタが
除去でき、正確な測定が可能になる。
しかも、単に同じエンジン速度域においてエン
ジンの加速中と減速中の瞬間速度を測定するだけ
で、エンジンの性能、即ちエンジンの出力バラン
スあるいは圧縮バランス等が正確に診断でき、そ
の結果をランクづけするだけで故障のあるシリン
ダを判断することができるため、熟練工でなくと
も誰でも簡単に実施でき、しかも大量に診断を要
するエンジンメーカにおいてもサービス工場にお
いても正確なエンジン性能の診断がおこなえる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明による診断システムを含むエ
ンジンの図面、第２図は診断システムを詳細に示
すブロツクダイアグラム、第３図はこのシステム
の速度測定部を示すブロツクダイアグラム、第３
図はこのシステムの速度測定部を示すブロツクダ
イアグラム、第４図−第６図はエンジンおよびシ
ステムの動作を示す曲線、第７図Ａ〜第７図Ｄは
システムのプロセツサの動作を示すフロチヤー
ト。 １０……エンジン、１１……ヘツド、１２……
ブロツク、１３……油受、１４……ロツカーハウ
ジング、１６……燃料インジエクタ、１８……燃
料ポンプ、２１……燃料タンク、２２……カウン
タ／タイマモジユール、２３……Ａ／Ｄコンバー
タ、２７……燃料圧センサー、２９……プロセツ
サ、３１……ターボチヤージヤ装置、３４……空
気圧センサー、４６……潤滑剤圧力センサー、５
１……周期マーカ（CEM）センサー、６１……
エンジン速度センサー、６２……リングギア、６
６……クランク軸、７０……読取装置、９１，９
２……検出素子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ エンジン加速運転中の少なくとも一作動
    サイクルにおける、複数の各点火間隔にわたる
    エンジンの各瞬間速度を検出し、この検出した
    瞬間速度を二乗することにより求まる運動エネ
    ルギを表す関数の変化を算出し、 上記エンジン加速運転における場合とほぼ同
    じエンジン速度域でのエンジン減速運転中の少
    なくとも一作動サイクルにおける、複数の各点
    火間隔にわたるエンジンの各瞬間速度を検出
    し、この検出した瞬間速度を二乗することによ
    り求まる運動エネルギを表す関数の変化を算出
    し、 上記算出した加速運転中の運動エネルギを表
    す関数の変化から減速運転中の運動エネルギを
    表す関数の変化を減算する、 上記各ステツプを有することを特徴とする多気
    筒式内燃エンジンの性能診断方法。
JP7959380A 1979-06-11 1980-06-11 Apparatus for and method of diagnosing engine output and compression balance Granted JPS5653442A (en)

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